GDX2鋁箔紙剔除機構氣動驅動裝置的設計應用

張彬 重慶煙草工業有限責任公司涪陵卷煙廠 408000

GDX2鋁箔紙剔除機構氣動驅動裝置的設計應用

張彬 重慶煙草工業有限責任公司涪陵卷煙廠 408000

GDX2鋁箔紙剔除機構由電磁鐵驅動，電磁鐵存在著密封不嚴和推力不穩定的缺陷，導致鋁箔紙剔除機構經常發生故障，引起鋁箔紙堵塞停機故障和鋁箔紙歪斜、破損質量缺陷。為此設計了一套氣動驅動裝置，該裝置具有密封良好、推力大等優點，能完全代替電磁鐵驅動剔除機構執行鋁箔紙剔除功能，并能長期穩定運行。改后解決了鋁箔紙剔除機構故障，提高了設備有效作業率，減少了鋁箔紙歪斜、破損等質量隱患，保證了產品質量。

GDX2包裝機組是意大利G·D公司生產的硬盒包裝設備，生產速度400包/ min，其以自動化程度高、質量穩定、運行可靠等優點在卷煙企業得到廣泛應用。GDX2有較為完善的質量檢測和剔除系統，能在高速運行中對不合格煙包和輔料進行檢測和剔除，但在生產中發現其鋁箔紙剔除機構經常發生故障，對設備運行和產品質量造成不利影響。

1 、存在的問題

GDX2煙庫將煙支排列成7-6-7三層煙組后，空頭和缺支檢測器對煙組進行質量檢測，當檢測到有質量缺陷的煙組后，煙支剔除機構將剔除不合格的煙組，為保持機組高速連續運行，在剔除煙組時鋁箔紙仍連續供給，因此煙組被剔除后相應的鋁箔紙就應被剔除，以避免發生鋁箔紙堵塞停機故障。

鋁箔紙剔除機構見圖1，在系統發出剔除指令后，電磁鐵2得電驅動推桿1和連桿7，并帶動定位器6后退，通過擺桿5帶動軸承4逆時針動作，將軸承4與剔除輥3之間的鋁箔紙壓向剔除輥，剔除輥隨主傳動順時針旋轉，將鋁箔紙加速向下輸送，從而將鋁箔紙剔除掉。剔除指令完成后，電磁鐵失電，在彈簧的作用下定位器6前移，剔除軸承4回到初始位置。

GDX2機組發生鋁箔紙剔除故障后，不能剔除應該被剔掉的鋁箔紙，引起鋁箔紙堵塞停機，而定位器不能運行到正常位置導致導生鋁箔紙歪斜、破損等質量缺陷，影響設備正常運行和產品質量。在維修鋁箔紙剔除故障時發現電磁鐵鐵內部嚴重積灰，雖然通過清理電磁鐵可暫時恢復剔除機構正常工作，但過一段時間后又會出現同樣現象，不能長時間保證剔除器正常工作。

鋁箔紙剔除站使用的電磁鐵型號是SCHULTZ WHCX 070，其行程h=8mm，推力f =38 N，電源為24V 50Hz交流電，安裝于一號輪下方。一號輪傳送煙組時有一些煙沫和粉塵掉落，并進入電磁鐵內部，造成電磁鐵內部積灰。電磁鐵內積灰首先會增大電磁鐵內的活動鐵芯運行時的阻力，降低電磁鐵的輸出推力；其次當積灰非常嚴重時，活動鐵芯前行或后退時不能運行到位，行程被縮短；第三是電磁鐵正常工作時受電流、電壓波動，氣隙的大小等影響，導致在電磁鐵在積灰環境下工作不穩定，輸出推力減少。當電磁鐵出現推力減少、行程縮短后，不能克服彈簧阻力，使剔除動作不到位，從而產生剔除故障。

2 改進方法

由于電磁鐵存在著密封不嚴、輸出推力不穩定的缺陷，因此要解決剔除故障必須重新設計驅動裝置，其不僅應具備電磁鐵的驅動功能，同時還應具有推力大、防塵密封好的特點。根據上述三點要求，設計了一套氣動驅動裝置，選用氣缸作為驅動器，氣缸具有體積小、推力大、密封好等優點，氣缺驅動裝置主要由氣缸、電磁閥、支撐座等組成。

2.1 選擇合適的氣缸

（1）氣缸的行程

原電磁鐵行程為h=8mm，因此氣缸行程應不小于8mm。由于氣缸是標準件，因此經查詢資料確定氣缸行程為H=10mm，選擇的氣缸行程比電磁鐵行程大2mm，使其作用距離更遠。當然，也可根據需要在氣缸內安裝2mm墊片將氣缸行程縮短為8mm。

（2）氣缸缸徑選擇與驗證

原電磁鐵輸出的推力f=38 N，但在實際的工作中存在著推力不足的問題，因此，要求氣缸輸出的推力應大于電磁鐵的推力。為確保改后剔除機構工作可靠，氣缸輸出的推力大于電磁鐵推力乘上安全系數值，即氣缸輸出的推力：

FS≥ f×S= 38×2=76 N

式中f為電磁鐵輸出推力；

FS為氣缸安全推力；

S為安全系數值，一般取值S=2。

根據上述要求，查詢了氣動廠家提供的資料，將氣缸選為SMC CQSB20-10S型單作用氣缸，其缸徑D=20mm，行程10mm，輸出的推力為：

式中：F 氣缸輸出的實際推力；

D：氣缸缸徑 ；

P：工作氣壓壓力，ZB45包裝機組壓縮空氣的壓力使用范圍在4～6Bar之間，在4 Bar時也能正常開機，因此P=4× 105Pa；

F2：壓縮空氣進入氣缸后，彈簧處于被壓縮狀態時的阻力，實測F2=16N；

η為氣缸效率，氣缸的實際推力是理論推力的85%，η=85%。

經計算，得出

氣缸輸出的實際推力F大于理論安全推力FS，氣缸推力大，其克服剔除機構彈簧等阻力的時間越短，響應速度更快，因此SMC CQSB20-10S型氣缸能滿足使用要求。

2.2 改進電氣控制

使用氣缸作為離合機構的驅動器后，需增設電磁閥控制氣缸的動作，為此設計了控制氣路圖，見圖2。選用了SMC VT307-5D-01型二位三通電磁閥，在電磁閥處于失電狀態下將氣源切斷，在得電后電磁閥換向，氣缸接通氣源，活塞快速移動，驅動離合機構執行剔除動作。

原機組電控系統輸出24V交流電直接控制電磁鐵，而電磁閥要求輸入24V直流電，為實現原電磁鐵控制輸出系統對電磁閥的控制，需增加一個固態繼電器將原輸出的交流24V轉換為直流24V，直流24V接通電磁閥就可實現對氣缸的控制，而其它的任何剔除信號和指令保持不變。

2.3 氣動驅動裝置的安裝

氣動驅動裝置的安裝示意圖見圖3，由于氣缸不能直接安裝在原電磁鐵的位置，因此增設一個支撐座4，將氣缸6通過螺釘5安裝在支撐座上，并在氣缸的活塞桿端部再安裝一調節桿7，用來調整剔除機構；而支撐座的安裝孔與電磁鐵安裝孔位置保持一致，使氣缸與支撐座組裝成一個組合件。將組合件直接通過螺釘3就可以直接安裝到原電磁鐵位置。

3.改后效果

氣動驅動裝置具有良好的密封和較強的推力,該裝置試驗成功后，于2008年推廣到車間的5臺GDX2包裝機組鋁箔紙剔除機構，經過近兩年的運行，其密封仍然良好，輸出推力穩定，兩年中5臺均未發生故障，性能十分可靠。改后解決了鋁箔紙剔除機構故障，提高了設備有效作業率，減少了鋁箔紙歪斜、破損等質量缺陷，提高了產品質量。該裝置使用效果十分明顯，具有很高的推廣價值，目前已推廣應用到GDX2機組內框紙、六號輪和八號輪等剔除站，取代了原有的電磁鐵，改后運行均穩定可靠。

[1]ZB45使用說明書.上海煙草機械廠

[2]FESTO公司.FESTO氣動產品樣本（第28版）

[3]SMC公司.氣動元件產品樣本(第3版).2003

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.20.069

鋁箔紙剔除機構;電磁鐵; 氣動驅動裝置;改進